信阳钢铁公司 3600m3/ h 空分设备为杭氧成套生产 , 采用分子筛吸附、带增压透平膨胀机、规整填料塔和全精馏无氢制氩工艺。经过两年的全负荷运行表明 , 该套空分设备技术先进、操作方便、安全、可靠。但氮水预冷系统在运行中存在几个问题。
1 氮水预冷系统简介
UF220600/ 5 型氮水预冷系统是 3600m3/ h 空分设备的一个重要组成部分 , 它串接于空气压缩系统和分子筛吸附系统之间 , 用来降低进分子筛吸附器空气的温度与含水量。主要由空冷塔、水冷塔、氟利昂冷水机组、水泵、过滤器、管道阀门和仪表电控部分等组成。合理地使用氮水预冷系统有利于空分设备长期安全运行。
透平空压机来的湿热空气 (约 110 ℃) 进入空气冷却塔下部 , 与从水泵 WP1101 或 WP1102 来的外界常温水 , 在空气冷却塔的下段逆流直接接触进行热量交换 , 使空气初步冷却 ; 空气上升到空气冷却塔上段 , 与来自水冷却塔的冷却水做进一步热量交换 , 出空气冷却塔后去分子筛吸附系统。空气预冷系统的常温水温度不高于 30 ℃, 压力 013MPa ,由水泵增压后进入空气冷却塔中部 , 与空气进行热交换后经有压回水排出去凉水塔。从塔上部流下来的冷却水经 V1136 去水冷塔与污氮气换热被冷却 ,从水冷塔的下部出来 , 由水泵 WP1103 或 WP1104增压后送入空气冷却塔的上段。流程见图 1。
本流程可分夏、冬两季操作 :
(1) 夏季 , 当出空气冷却塔空气的温度高于17 ℃时 , 可打开冷冻机进出口阀 , 关闭冷冻机旁通阀 , 利用冷冻机提供的冷量。冷冻机为两台 , 采用合众 —开利公司生产的 30HKH - 065 型 , 制冷量为10 万卡。
(2) 冬季 , 当环境温度较低、空气出空气冷却塔的温度较低时 , 为减少运行费用 , 可停止使用冷冻机和 WP1103 或 WP1104 , 而改为由下部供水 ,打开 V1186 , 并调整水量 , 使空气冷却塔上段供水量为 10m3/ h , 下段供水量为 55m3/ h。
2 存在的问题
2.1 空气冷却塔局部堵塞
空气冷却塔为穿流板冷却塔 , 上段设置 10 块大孔径穿流筛孔塔板 , 下段设置 5 块大孔径穿流塔板 , 在上下进水管道的下方 , 各设置 1 个盘式布水器 , 它能使水均匀地分布在塔板上 ; 为使雾状水滴不带出塔 , 在塔顶部设有高效率的不锈钢丝网除雾器。正常生产时 , 空冷塔的阻力一般为 1315～1516kPa。由于空压机在环境温度高时 , 排气量只
有 17300～18500m3/ h , 排气压力为 0147MPa 左右 ,又经分子筛吸附器、主换热器等管网 , 进下塔的空气压力只有 0142MPa , 对精馏工况影响较大。其主要原因是低温下结晶物或杂质局部、轻微堵塞布水器或筛孔。
2.2 水冷塔阻力大及结晶物堵塞管道
2.2.1 水冷塔塔板阻力大
水冷塔为穿流板冷却塔 , 共设置 18 块大孔径穿流筛孔塔板 , 外界供水从塔的上部喷淋到塔板上 , 再往下流 ; 分馏塔来的污氮从水冷塔下部逆流而上 , 与水进行热交换 , 使水冷却下来。冷却后的水由水泵送到空气冷却塔的上段 , 用来冷却空气。在实际生产中 , 由于水冷塔的阻力太大 , 造成被污氮冷却后的水沿溢流管一直外溢 , 这时进水冷塔的
污氮压力达到 23kPa。
在操作中我们采用减少进水冷塔污氮量的方法来解决。主要是降低分子筛吸附系统放空阀开启压力的设定值 , 原设计压力为 12kPa , 我们根据工况暂设定为 8kPa。就是说在加温时仍有一部分污氮气放空 , 保证了水冷塔内处于恒压 , 不至于使冷却水溢流。塔内压力过大的原因主要是塔板阻力太大 , 出塔压力为 0102MPa 的污氮气 (设计污氮量为
8325m3/ h) 要克服 18 块托着水的塔板 , 势必造成塔内压力偏高。目前一直采用上述方法维持正常生产 , 虽有一定效果 , 但未从根本上解决问题。这势必造成污氮冷量的浪费。
等停机大修时 , 准备将水冷塔改为填料塔 , 以保证污氮气的充分利用 , 不影响正常的生产。
2.2.2 结晶物堵塞管道
2001 年 1 月 18 日 , 3600m3/ h 空分设备正式出氧 , 又经过两周的调整 , 生产出液氩。5 月 2 日 ,由于环境温度升高 , 空压机的进气量明显不足 , 装置跑冷较大 , 空气出空冷塔的温度 25 ℃, 无法维持正常生产 (当时没开冷冻机 , 原因是在调试期间 , 冷冻机厂家没来技术人员对冷冻机进行检漏、调试等) , 只好停运氩系统。6 月 8 日 , 冷冻机调
试后 , 便开始投入运行。当时冷冻机蒸发器阻力0102MPa , 运行近一个月后 , 蒸发器进出口压差达到 013MPa , 无论怎样调节 , 水量一直呈下降趋势(投运时 1515m3/ h , 最后下降至 3m3/ h) 。由于流量较低 , 当时小水泵出口压力达到 113MPa , 我们停止了冷冻机的运行。此时 , 空冷塔空气温度升高 ,空气中含水量增加 , 增加了分子筛吸附系统的负荷。分子筛吸附系统出口空气中的二氧化碳含量严重超标 , 影响精馏工况。
7月17日，组织维修人员打开冷冻机蒸发器进出口连接管道。发现冷冻机蒸发器铜换热管道和出口管道、阀门以及到空冷塔的所有管道都附着-一层厚厚的结晶物质。管道原直径φ73mm,结晶后直径为φ50mm,而进口管没有出现结晶现象，说明经.冷冻机冷却后水里的物质大量析出，严重影响了冷冻机的流量，也是造成管网水流量下降的直接原因。我们取少量的水中结晶物质进行分析试验，用开水冲烫结晶物，结晶物便溶解。我们用盐酸试验,发现结晶物极容易熔于酸。于是自做法兰，将管道连接在冷冻机蒸发器进出口，用一小塑制离心泵进行酸水循环，经1~2小时的循环处理，结果铜管表面结晶物质全部溶解。
我们用此方法共处理过5次结晶物堵塞，每次冷冻机都得停机3~4小时。甚至有一次因停电空分设备停运后重新启动时，空冷塔上部进水止回阀被结晶物卡死，只好停运空分设备再处理经过进一步分析确认，结晶物质大部分为钙、镁等离子化合物，可能由多雨、水质差引起的，同时也怀疑我们加的药有问题。当时加的阻垢缓蚀剂 是以有机磷、磷酸盐及金属盐类为主要原料加工制 成的双组分阻垢缓蚀剂，药剂桶底部有大量淀粉状 沉淀物。决定在冷冻机停运之前，暂停加药。2002 年，更换了药剂，采用的是南京纳科化工厂生产的 NC-401和NC914两种药剂，循环冷却水不变。经 过投加试用，消除了冷冻机蒸发器及管道、阀门结 垢现象。运行至今,蒸发器阻力一-直保持没变，保 证了空气出空冷塔进分子筛吸附器的温度，确保了 空分设备的安全运行。
2.3水泵功率太小
水泵采用浙江生产的多级离心泵，一用一备。 冷却水泵型号为100D16 X4。冷冻机水泵型号50D8 X10。其大小泵电机功率配备与我公司1500m/ h 空分设备的完全一样。厂家技术人员在调试冷冻机 组时提出:水泵的流量太小，与冷冻机正常运转所 需要的水流量相差较大，而且进出口管道没有压力 及温度监测装置，不利于设备的安全运行和状态监 测。为了确保冷冻机的安全运行，我们在其进出口管道安装了压力和温度监测装置。
3使用中需注意的问题
(1)操作氮水预冷系统时要注意水循环系统的 冷却效果，尽可能降低冷却水的温度，确保空气出 空冷塔进分子筛吸附器的温度。如果水温过高，出 空冷塔空气温度超标，冷却后空气的饱和含水量增 加，影响分子筛的吸附效果。
(2) 注意循环水的水质问题,特别是安装冷冻 机组的设备，应尽量降低水的硬度，正确使用药 剂,尽量选用投加后不易析出钙、镁等离子化合物 的药剂。保证冷冻机的安全运行。
(3)水冷塔要选择填料塔，填料塔能使气液两 相逐级逆流接触的热交换更充分，使水的冷却效果 更明显，而且填料塔阻力小，操作弹性大。
(4)操作空冷塔时要严格按照操作规程，密切 监视空冷塔液位及水质分析，根据化验结果定期定 量往循环水系统加药剂，严格防止空冷塔因塔板结 垢发生液悬或因加杀菌灭藻剂量不合理产生大量泡 沫而引起的分子筛吸附器带水现象出现。
